唐慧华
(广东白云学院,广州 510450)
建筑遮阳构件的结构设计
唐慧华
(广东白云学院,广州 510450)
近年来,遮阳技术在建筑设计中成为不可忽视的部分,遮阳的构件非常多,常见的比如在窗口安装的布帘、百叶帘等。为避免恶劣的室内环境,本文针对一些遮阳设计进行探讨研究,提出了保证夏季遮阳和冬季采暖的最佳构件设计。构件的尺寸设计由太阳光线决定,而不同地方的太阳角度不同,本文以我国广州地区为例,探讨该地区的遮阳构件设计。
夏季遮阳;太阳高度角;冬季采暖
遮阳是为了避免阳光直接照射室内,而引起室内环境过热或直接眩光等不利影响,特别针对于夏季强烈的阳光而设计。遮阳的构件非常多,常见的比如在窗口安装的布帘、百叶帘、镀膜节能玻璃,另外还有安装在窗户四周外侧的一些遮阳篷,材质有塑料、混凝土等。
遮阳构件用于阻挡阳光,其尺寸设计由太阳光线决定,而不同地方的太阳角度不同,以广州地区为例,探讨遮阳构件设计。
2.1 水平遮阳板形式
水平遮阳板一般用于南向窗口,因为广州的夏季,南向的太阳高度角大,适于水平遮挡。水平遮阳构件有固定式和可活动式,活动式是指在装修期间,窗口上方安装可伸缩的遮阳篷,一般是塑料布制成配上活动钢架。活动遮阳篷可根据气候变化任意调节,灵活性较大。固定式的一般建造于建筑的施工期,在窗口上方以混凝土浇筑而成的水平挑板,如图1所示。水平挑板不做承重用途,一般只需保证其受环境的荷载作用,比如风、雪等荷载,板上配置钢筋以构造筋为主。
2.2 固定水平遮阳板的尺寸设计
假设一广州居民楼的南向窗口高度为1 m,拟在上方设计一水平遮阳板,设计这个遮阳板的挑出长度L,要求既要满足夏季的高效遮阳,又要满足冬季的采光采热。
图1 水平遮阳板图
一年中每一天每一个时刻的太阳高度角都有所不同,一般来说我国夏季的正午太阳的高度角最大,阳光也最为猛烈。所以用数据来进行构件设计时,一般选定夏至日正午的太阳高度角值,对于广州地区来说,此时太阳的高度角接近90°,本文采用90°作为夏季的高度角来设计遮阳构件。那么水平遮阳构件正好与太阳光线垂直,可以保证此时的高效遮阳。
除了要满足夏季的最大遮阳,我们还必须保证冬季的采光来获得足够的热量,即冬季的阳光能全部照射进入室内,可得到最大的热量。一般选定冬至日正午的太阳高度角作为设计数据。假定冬季高度角为α,那么遮阳构件的挑出边与窗户上方的连线与水平所形成的夹角正好等于α,如图2所示,可以保证冬季最大的采光采热。根据图2中的三角关系可得此时阳台板挑出长度应为下式(1),此时的L取决于冬季的太阳高度角和遮阳板的设计高度h。
2.3 综合分析
综上所述,遮阳构件的长度与当地太阳高度角关系紧密。假设夏季的太阳高度角并非90°,而是β。那么要保证夏季高效遮阳,参照图2的示意,则需遮阳构件的挑出边与窗户下方的连线与水平所形成的夹角正好等于β。根据三角关系,可得此时的L长度应为下式(2)。
同时满足1式和2式的遮阳构件长度L,即为一般情况下,既满足夏季的遮阳,又满足冬季的采光采暖,则需联立上面二式,可知此时遮阳板挑出长度应为下式(3)。可见L取决于夏季和冬季的太阳高度角。
图2 水平遮阳构件尺寸设计图
3.1 尺寸设计
屋顶作为水平面,一天之中受太阳照射的时间最长,所以屋顶要做一些必不可少的隔热层,另外能在屋顶上方做一些遮阳板也是不错的选择。这里参照华南理工人文馆屋顶的遮阳构件[2],设计有一定间距的倾斜角度的成排遮阳板,在板下一定间距设计柱子支撑。
图3 水平百叶式遮阳板的设计图
如图3所示,遮阳板可以做成倾斜状,倾斜板厚度一般在10 cm以下,长度一般设计为30 cm左右,此尺寸决定了L2的长度,另外尺寸不大,可以不配筋或只构造配筋。倾斜角度宜与冬至日正午的太阳光线平行,能保证最大限度的采光采热。另外要满足在夏季尽可能的遮阳,则图中两块遮阳板之间的距离L3的长度可设计为0,如果夏季也需一定的采光,则L3的长度可适当加长,此长度决定了光斑面积,一般不宜过长。
3.2 综合分析
屋顶的面积较大,而且夏季受热时间长。如果采用整体式无间距的水平遮阳板会消耗大面积的混凝土和钢筋,提高造价;另外在冬季,则会让整个屋面处于阴冷之中。这里采用有一定间距的板,板尺寸不大,首先节约了混凝土材料,其次可根据当地太阳高度角设计出相应的倾斜板角度和尺寸,保证预期目标。
1)水平遮阳板能有效地遮挡从窗户上方照射的阳光,对于广州地区的建筑适用于南向的窗口。另外,合理地设计它的挑出长度,可以高效地遮挡夏季的阳光而又让冬季的阳光充分照入室内采暖。
2)水平式百叶遮阳板一般成排布置在屋顶或建筑表面,可根据需要合理地设计它的间距和角度,以达到预期的目标。
[1]龙惟定,武涌.建筑节能技术[M].北京:中国建筑工业出版社,2009(08):220-222.
[2]张磊,孟庆林.华南理工大学人文馆屋顶空间遮阳设计[J].建筑学报,2004(08):70-71.
TU318
A
1673-1093(2015)04-0068-02
唐慧华(1987),女,硕士研究生,研究方向:结构工程。
10.3969/j.issn.1673-1093.2015.04.014
2015-01-26;
2015-02-02